东北退化草原恢复演替过程中几种植物种群的数量特征及其协同消长规律

论文摘要

在松嫩草原的恢复演替过程中,优势种羊草及其主要伴生种的数量变化是恢复进程中的核心问题。本项研究以羊草、寸草苔和光稃茅香为研究对象,同步开展人工建立不同初始比例羊草和寸草苔实验种群、羊草和光稃茅香实验种群,及水淹干扰恢复过程中羊草和寸草苔天然种群、弃耕补播草地恢复过程中羊草和光稃茅香天然种群的数量特征和种群间协同消长规律的研究。经过6个生长季的连续观测和取样研究,在对各植物种群年龄结构分析的基础上,进一步对种群间的相互动态给予定量化,并通过营养繁殖潜在种群对种群动态贡献的分析,以期准确预测各种群的动态。籍以揭示退化草原恢复过程中不同种群间的协同消长规律,以丰富恢复演替理论并为草原生态系统的恢复实践提供理论指导。1.对不同初始比例羊草和寸草苔实验种群数量特征和协同消长规律的研究结果表明:（1）自2003年至2007年,不同初始移栽比例（单优、羊草:寸草苔分别为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5和1:6）的小区中,羊草分蘖株、寸草苔分蘖株和羊草根茎的年龄结构分别由2-4个龄级、寸草苔根茎的年龄结构分别由2-5个龄级组成,呈增长型或稳定型龄级结构。随着时间的进程,两种群的龄级构成均逐渐趋于复杂。2006年和2007年,所有小区中两种群的分蘖株、大部分小区中两种群的根茎已逐渐稳定。至2007年羊草和寸草苔各构件在空间上亦趋于稳定。（2）小区建立初期的2002年至2004年,各比例小区中羊草和寸草苔分蘖株的季节动态分别以幂函数、指数函数或直线函数拟和最佳,均达到了极显著或显著水平。2002年至2007年,各个比例小区中,羊草和寸草苔分蘖株数量的年际间动态均以幂函数拟和的相关性最高,且均达到了极显著水平。（3）从2003年至2007年,各比例小区中,羊草分蘖节的生产力、根茎的生产力和潜在种群的贮存力均远远高于寸草苔。2.对不同初始比例羊草和光稃茅香实验种群数量特征和协同消长规律的研究结果表明:（1） 2003年至2007年,各个不同初始比例小区,羊草分蘖株和根茎均由2-4个龄级组成,呈增长型向稳定型过渡趋势;光稃茅香分蘖株由1-2个龄级组成,均以1龄级占绝对优势,根茎由1-3个龄级组成,呈增长型或稳定型结构。整体上随着时间的延续,两种群龄级构成逐渐增多。自2004年开始,光稃茅香分蘖株、根茎及潜在种群总量均快速减少。至2006年和2007年,绝大部分小区中两种群的分蘖株和根茎已逐渐稳定。至2007年羊草和光稃茅香各构件数量在空间上亦趋于稳定。（2）从2002年至2004年,除1:4比例小区外,羊草和光稃茅香分蘖株数量间的季节动态均呈极显著幂函数或直线函数正相关。2002至2007年,单优光稃茅香分蘖株数量的年际间动态以二次函数拟和的相关性最高,根茎则以指数函数形式减少;其它比例小区中两种群分蘖株间动态仅在1:1和1:6小区中达到了极显著水平;大部分小区中羊草和光稃茅香根茎间呈负相关关系。（3）从2003年至2007年,羊草分蘖节的生产力、根茎的生产力和平均贮存力几乎均高于光稃茅香,羊草的平均贮存力为光稃茅香的1.65倍-5.66倍。相同小区中,各年间羊草分蘖节的平均生产力为光稃茅香的1.91倍-3.35倍。3.水淹干扰恢复过程中羊草和寸草苔天然种群数量特征和协同消长规律的研究结果表明:（1）在松嫩平原羊草草甸水淹恢复演替过程中,羊草种群分蘖株在斑块中心由4个龄级组成;最外圈层由3个龄级组成。斑块中心的分蘖株种群为稳定型、向外发展至增长型年龄结构。根茎在斑块中心和中间圈层均由2-4个龄级组成,最外层由1-2个龄级组成。潜在种群冬性苗和分蘖节芽总量各圈层均由4个龄级组成。根茎和潜在种群在各圈层均呈增长型年龄结构。在水淹羊草草甸的恢复过程中,不同大小羊草无性系斑块均呈不断扩展的趋势。整体上,年轻龄级分蘖株和根茎具有旺盛的物质生产力和贮藏力。无性系斑块由中心至外围的物质生产和贮藏规律与斑块扩展趋势具有一致性。（2）在松嫩平原水淹恢复演替过程中,从5个大小不同的羊草无性系斑块中心至外围,羊草分蘖株均逐圈层减少,寸草苔则逐圈层增加。羊草平均单株生产力有逐圈层减弱、寸草苔则逐圈层增强趋势。从半径0.5-5.0 m无性系斑块中心的羊草分蘖株逐渐增加,寸草苔则逐渐减少。10 m斑块中心及近中心较大区域分蘖株数量趋于稳定。（3） 2003年和2004年,羊草分蘖节的平均生产力分别为寸草苔的3.34倍和1.18倍,羊草根茎的平均生产力分别为寸草苔的1.42倍和2.15倍。羊草的总体潜在种群贮存力和贡献力在两年里均高于寸草苔。4.弃耕补播草地恢复过程中羊草和光稃茅香天然种群的数量特征和种群间协同消长规律的研究结果表明:（1）从2003到2007年,各个小区中羊草分蘖株由3个龄级、光稃茅香仅由2个龄级组成,均呈增长型龄级结构。羊草根茎由4个、光稃茅香根茎由2-3个龄级组成,呈增长型或稳定型结构。羊草各个龄级分蘖节和根茎的平均营养繁殖能力均高于光稃茅香。（2）两年中,羊草和光稃茅香种群分蘖株间均达到了极显著或显著的负相关。大部分的根茎间亦达到了显著水平。总体趋势为随着羊草分蘖株和根茎的增加,光稃茅香的均在减少。（3） 2003年,羊草分蘖节和根茎平均生产力均低于光稃茅香,总体潜在种群贮存力高于光稃茅香。2004年,羊草分蘖节生产力、根茎生产力和总的贮存力均高于光稃茅香。在实验群落和天然群落的恢复过程中,羊草均将成为羊草+寸草苔群落的优势种,寸草苔为伴生种;在羊草和光稃茅香群落中,羊草将成为单优势种,而光稃茅香将逐渐从群落中消失。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 研究综述
• 1.1 植物种群生态学研究进展
• 1.2 种群动态的研究进展
• 1.2.1 单种种群动态研究进展
• 1.2.2 两种或两种以上种群动态研究进展
• 1.3 恢复生态学研究进展
• 1.3.1 恢复生态学发展历程
• 1.3.2 草原生态恢复的研究进展
• 1.4 年龄结构和营养繁殖潜在种群研究进展
• 1.4.1 植物种群年龄结构研究
• 1.4.2 营养繁殖潜在种群研究进展
• 1.5 立题依据及意义
• 第二章 研究地区自然概况和研究方法
• 2.1 试验样地自然概况
• 2.1.1 地理位置及地形外貌
• 2.1.2 气候特点
• 2.1.3 土壤概况
• 2.1.4 植被概况
• 2.1.5 干扰概况
• 2.2 天然种群试验设计
• 2.2.1 羊草和寸草苔种群的取样方法
• 2.2.2 羊草和光稃茅香种群的取样方法
• 2.3 实验种群试验设计
• 2.3.1 实验种群各小区的设计
• 2.3.2 实验种群的定期观测方法
• 2.3.3 实验种群的取样方法
• 2.4 数据处理
• 2.4.1 数量特征数据处理方法
• 2.4.2 种群动态数据处理方法
• 2.4.3 营养繁殖潜在种群贡献的计算方法
• 第三章 实验演替系列羊草和寸草苔种群的数量特征及相互动态
• 3.1 不同移栽比例羊草和寸草苔种群的年龄结构
• 3.1.1 分蘖株数量的年龄结构
• 3.1.2 分蘖株生物量的年龄结构
• 3.1.3 根茎长度的年龄结构
• 3.1.4 根茎生物量的年龄结构
• 3.1.5 潜在种群的结构
• 3.2 不同移栽比例羊草和寸草苔的种群动态
• 3.2.1 三个生长季内羊草和寸草苔分蘖株数量的季节动态
• 3.2.2 羊草和寸草苔种群分蘖株数量的年度动态
• 3.2.3 羊草和寸草苔种群分蘖株生物量的年度动态
• 3.2.4 羊草和寸草苔种群根茎长度的年度动态
• 3.2.5 羊草和寸草苔种群根茎生物量的年度动态
• 3.3 不同移栽比例营养繁殖潜在种群在羊草和寸草苔种群动态中的作用
• 3.3.1 营养繁殖潜在种群的构成和大小
• 3.3.2 分蘖节和根茎的生产力
• 3.3.3 营养繁殖潜在种群对现实种群动态的贡献
• 3.4 结论和讨论
• 第四章 实验演替系列羊草和光稃茅香种群的数量特征及相互动态
• 4.1 不同移栽比例羊草和光稃茅香种群的年龄结构
• 4.1.1 分蘖株数量的年龄结构
• 4.1.2 分蘖株生物量的年龄结构
• 4.1.3 根茎长度的年龄结构
• 4.1.4 根茎生物量的年龄结构
• 4.1.5 潜在种群的年龄结构
• 4.2 不同移栽比例羊草和光稃茅香的种群动态
• 4.2.1 三个生长季内羊草和光稃茅香分蘖株数量的季节动态
• 4.2.2 羊草和光稃茅香种群分蘖株数量的年度动态
• 4.2.3 羊草和光稃茅香种群分蘖株生物量的年度动态
• 4.2.4 羊草和光稃茅香种群根茎长度的年度动态
• 4.2.5 羊草和光稃茅香种群根茎生物量的年度动态
• 4.3 不同移栽比例营养繁殖潜在种群在羊草和光稃茅香种群动态中的作用
• 4.3.1 营养繁殖潜在种群的构成和大小
• 4.3.2 分蘖节和根茎的生产力
• 4.3.3 营养繁殖潜在种群对现实种群动态的贡献
• 4.4 结论和讨论
• 第五章 水淹恢复过程中羊草和寸草苔种群的数量特征和相互动态
• 5.1 不同斑块大小羊草无性系种群构件的年龄结构
• 5.1.1 分蘖株的年龄结构
• 5.1.2 根茎的年龄结构
• 5.1.3 潜在种群的年龄结构
• 5.2 不同斑块大小羊草无性系种群构件的物质生产与贮藏
• 5.2.1 各龄级分蘖株的生物量和生产力
• 5.2.2 各龄级根茎的生物量和物质贮藏力
• 5.3 不同斑块大小羊草和寸草苔无性系种群的相互动态
• 5.3.1 羊草和寸草苔种群分蘖株数量的相互动态
• 5.3.2 羊草和寸草苔种群分蘖株生物量的相互动态
• 5.3.3 羊草和寸草苔种群分蘖株生产力的相互动态
• 5.4 不同恢复过程羊草和寸草苔种群的年龄结构
• 5.4.1 分蘖株的年龄结构
• 5.4.2 根茎的年龄结构
• 5.4.3 潜在种群的年龄结构
• 5.5 不同恢复过程羊草和寸草苔种群的相互动态
• 5.5.1 羊草和寸草苔种群分蘖株数量和根茎长度的相互动态
• 5.5.2 羊草和寸草苔种群分蘖株和根茎生物量的相互动态
• 5.5.3 羊草和寸草苔营养繁殖潜在种群的相互动态
• 5.6 不同恢复过程营养繁殖潜在种群在羊草和寸草苔种群动态中的作用
• 5.6.1 营养繁殖潜在种群的构成和大小
• 5.6.2 分蘖节和根茎的生产力
• 5.6.3 营养繁殖潜在种群对现实种群动态的贡献
• 5.7 结论与讨论
• 第六章 弃耕补播草地恢复过程中羊草和光稃茅香种群的数量特征和相互动态
• 6.1 羊草和光稃茅香种群的年龄结构
• 6.1.1 分蘖株的年龄结构
• 6.1.2 根茎的年龄结构
• 6.1.3 潜在种群的年龄结构
• 6.2 羊草和光稃茅香种群相互动态
• 6.2.1 羊草和光稃茅香种群分蘖株数量和生物量的相互动态
• 6.2.2 羊草和光稃茅香种群根茎长度和生物量的相互动态
• 6.2.3 羊草和光稃茅香潜在种群的相互动态
• 6.3 营养繁殖潜在种群在羊草和光稃茅香种群动态中的作用
• 6.3.1 营养繁殖潜在种群的构成和大小
• 6.3.2 分蘖株和根茎的生产力
• 6.3.3 营养繁殖潜在种群对种群动态的贡献
• 6.4 结论与讨论
• 第七章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况